目录TOC\o"1-3"\h\uHYPERLINK\l_Toc17328第一部分设计任务与调研PAGEREF_Toc173281HYPERLINK\l_Toc281361研究背景PAGEREF_Toc281361HYPERLINK\l_Toc166282毕业设计的主要任务PAGEREF_Toc166281HYPERLINK\l_Toc8872第二部分设计说明PAGEREF_Toc88722HYPERLINK\l_Toc156721理论分析PAGEREF_Toc156722HYPERLINK\l_Toc322412设计方案PAGEREF_Toc322416HYPERLINK\l_Toc236112.1微控制器的选择PAGEREF_Toc236116HYPERLINK\l_Toc109872.2无线模块的选择PAGEREF_Toc109877HYPERLINK\l_Toc249292.3其他模块图片PAGEREF_Toc249299HYPERLINK\l_Toc30941第三部分设计成果PAGEREF_Toc3094110HYPERLINK\l_Toc29666第四部分结束语PAGEREF_Toc2966612HYPERLINK\l_Toc12203第五部分致谢PAGEREF_Toc1220313HYPERLINK\l_Toc17747第六部分参考文献PAGEREF_Toc1774714PAGE\*MERGEFORMAT14第一部分设计任务与调研研究背景四轴飞行器具备VTOL(VerticalTake-OffandLanding，垂直起降)飞行器的所有优点，又具备无人机的造价低、可重复性强以及事故代价低等特点，具有广阔的应用前景。可应用于军事上的地面战场侦察和监视，获取不易获取的情报。能够执行禁飞区巡逻和近距离空中支持等特殊任务，可应对现代电子战、实现通信中继等现代战争模式。在民用方面可用于灾后搜救、城市交通巡逻与目标跟踪等诸多方面。工业上可以用在安全巡检，大型化工现场、高压输电线、水坝、大桥和地震后山区等人工不容易到达空间进行安全任务检查与搜救工作，能够对执行区域进行航拍和成图等。因此，四轴飞行器的研究意义重大。毕业设计的主要任务本设计基于Arduino平台的四轴飞行器，包括Arduino最小系统、传感器模块、供电模块、电机驱动模块、蓝牙通讯模块等部分组成。通过Arduino最小系统采集各传感器模块的数据并进行分析，将处理结果送入电机驱动模块进行姿态调整，实现四轴平稳飞行，系统框图如下：图1系统框图第二部分设计说明理论分析设计一个基于Arduino开源硬件平台的最小系统板，采集传感器的数据，传递给主芯片，芯片通过具体算法得出数据调整翼动部分实现水平。下面将分析一种常见的四轴飞行器姿态解算方法，Mahony的互补滤波法。此法简单有效，先定义Kp，Ki，以及halfT。Kp，Ki，控制加速度计修正陀螺仪积分姿态的速度halfT，姿态解算时间的一半。此处解算姿态速度为500HZ，因此halfT为0.001#defineKp2.0f#defineKi0.002f#definehalfT0.001f初始化四元数floatq0=1,q1=0,q2=0,q3=0;定义姿态解算误差的积分floatexInt=0,eyInt=0,ezInt=0;以下为姿态解算函数。参数gx，gy，gz分别对应三个轴的角速度，单位是弧度/秒;参数ax，ay，az分别对应三个轴的加速度原始数据由于加速度的噪声较大，此处应采用滤波后的数据voidIMUupdate(floatgx,floatgy,floatgz,floatax,floatay,floataz){floatnorm;floatvx,vy,vz;floatex,ey,ez;将加速度的原始数据，归一化，得到单位加速度norm=sqrt(ax*ax+ay*ay+az*az);ax=ax/norm;ay=ay/norm;az=az/norm;把四元数换算成“方向余弦矩阵”中的第三列的三个元素。根据余弦矩阵和欧拉角的定义，地理坐标系的重力向量，转到机体坐标系，正好是这三个元素。所以这里的vx、vy、vz，其实就是当前的机体坐标参照系上，换算出来的重力单位向量。(用表示机体姿态的四元数进行换算)vx=2*(q1*q3-q0*q2);vy=2*(q0*q1+q2*q3);vz=q0*q0-q1*q1-q2*q2+q3*q